Nova metoda za prileganje plasti polprevodnikov, ki so tanke kot nekaj nanometrov, je povzročila ne le znanstveno odkritje, ampak tudi novo vrsto tranzistorja za visoko zmogljive elektronske naprave. Rezultat, objavljen v Applied Physics Letters, je vzbudil veliko zanimanje.
Dosežek je rezultat tesnega sodelovanja med znanstveniki na univerzi Linköping in SweGaN, odcepljenim podjetjem iz raziskav znanosti o materialih na LiU. Podjetje proizvaja elektronske komponente po meri iz galijevega nitrida.
Galijev nitrid, GaN, je polprevodnik, ki se uporablja za učinkovite svetleče diode. Lahko pa je uporaben tudi v drugih aplikacijah, kot so tranzistorji, saj lahko prenese višje temperature in tokovne jakosti kot mnogi drugi polprevodniki. To so pomembne lastnosti za prihodnje elektronske komponente, nenazadnje za tiste, ki se uporabljajo v električnih vozilih.
Hlapi galijevega nitrida se lahko kondenzirajo na rezino silicijevega karbida in tvorijo tanko prevleko. Metoda, pri kateri se en kristalni material goji na substratu drugega, je znana kot "epitaksija". Metoda se pogosto uporablja v industriji polprevodnikov, saj omogoča veliko svobode pri določanju kristalne strukture in kemične sestave nastalega nanometrskega filma.
Kombinacija galijevega nitrida, GaN in silicijevega karbida, SiC (oba lahko preneseta močna električna polja), zagotavlja, da so vezja primerna za aplikacije, kjer so potrebne visoke moči.
Prileganje na površini med dvema kristalnima materialoma, galijevim nitridom in silicijevim karbidom, pa je slabo. Atomi se med seboj ne ujemajo, kar povzroči okvaro tranzistorja. Temu so se posvetile raziskave, ki so nato privedle do komercialne rešitve, pri kateri je bila med obe plasti nameščena še tanjša plast aluminijevega nitrida.
Inženirji pri SweGaN so po naključju opazili, da se njihovi tranzistorji lahko spopadejo z znatno višjo jakostjo polja, kot so pričakovali, in sprva niso mogli razumeti, zakaj. Odgovor je mogoče najti na atomski ravni - v nekaj kritičnih vmesnih površinah znotraj komponent.
Raziskovalci pri LiU in SweGaN, ki jih vodita Lars Hultman in Jun Lu iz LiU, v Applied Physics Letters predstavljajo razlago pojava in opisujejo metodo za izdelavo tranzistorjev s še večjo sposobnostjo, da prenesejo visoke napetosti.
Znanstveniki so odkrili prej neznan mehanizem epitaksialne rasti, ki so ga poimenovali "transmorfna epitaksialna rast". Povzroči, da se obremenitev med različnimi plastmi postopoma absorbira čez nekaj plasti atomov. To pomeni, da lahko gojijo dve plasti, galijev nitrid in aluminijev nitrid, na silicijevem karbidu na način, da na atomski ravni nadzorujejo, kako so plasti med seboj povezane v materialu. V laboratoriju so dokazali, da material prenese visoke napetosti, do 1800 V. Če bi takšno napetost napeljali na klasično komponento na osnovi silicija, bi se začele iskriti in tranzistor bi bil uničen.
»Čestitamo SweGaN, ker so začeli tržiti izum. Kaže na učinkovito sodelovanje in uporabo rezultatov raziskav v družbi. Zaradi tesnega stika, ki ga imamo z našimi prejšnjimi kolegi, ki zdaj delajo za podjetje, imajo naše raziskave hiter vpliv tudi zunaj akademskega sveta,« pravi Lars Hultman.
Materiali Univerze Linköping. Izvirnik je napisala Monica Westman Svenselius. Opomba: vsebino je mogoče urejati glede na slog in dolžino.
Pridobite najnovejše novice o znanosti z brezplačnimi e-novicami ScienceDaily, ki se posodabljajo dnevno in tedensko. Ali pa si oglejte vsako uro posodobljene vire novic v bralniku RSS:
Povejte nam, kaj mislite o ScienceDaily – veseli smo pozitivnih in negativnih komentarjev. Imate težave z uporabo spletnega mesta? Vprašanja?
Čas objave: maj-11-2020